Никелевые руды это рудные полезные ископаемые
Никелевые руды — вид полезных ископаемых, природные минеральные образования, содержание никеля в которых достаточно для экономически выгодного извлечения этого металла или его соединений. Обычно разрабатываются месторождения сульфидных руд, содержащие 1—2 % Ni, и силикатные руды, содержащие 1—1,5 % Ni.
К наиболее важным минералам никеля относят наиболее часто встречающиеся и промышленные минералы: сульфиды (пентландит (Fe, Ni)S (или (Ni, Fe)9S8; содержит 22–42% Ni), миллерит NiS (64,5% Ni), никелин (купферникель, красный никелевый колчедан) NiAs (до 44% Ni), никелистый пирротин, полидимит, кобальт-никелевый пирит, виоларит, бравоит, ваэсит NiS2, хлоантит, раммельс-бергит NiAs2, герсдорфит (герсфордит, никелевый блеск NiAsS), ульманит), водные силикаты (гарниерит, аннабергит, ховахсит, ревдинскит, шухардит, никелевые нонтрониты) и никелевые хлориты.
Промышленные типы месторождений[править | править код]
В основу положена промышленная систематика месторождений, базирующуюся на морфологии рудных тел, геологических условиях их залегания, минеральном и вещественном составе руд, особенностях их технологической переработки.
Основные типы никелевых месторождений следующие:
- медно-никелевые сульфидные месторождения: Норильское (в т. ч. Талнахское и Октябрьское), Мончегорское (также п. Никель), Каула и др. (СНГ), рудный район Сёдбери и месторождение Томпсон (Канада), Камбалда (Австралия);
- никелевые силикатные и кобальт-никелевые силикатные, преимущественно пластообразные месторождения Южного Урала и Побужья (в т. ч. оксидно-силикатные ферро-никелевые), Кубы, Индонезии, Новой Каледонии, Австралии.
Второстепенные типы:
- медно-колчеданные месторождения;
- жильные сульфидно-арсенидные комплексные месторождения.
Потенциальным источником могут являться железомарганцевые конкреции дна океанов.
Основные типы месторождений никеля[править | править код]
1. Тип первый. Магматические сульфидные медно-никелевые месторождения.
Рудообразование — первоначальное накопление и обособление сульфидов — происходит в процессе внедрения, дифференциации и ликвации первоначально однородного никеленосного расплава на две жидкости: силикатную и сульфидную составляющие. Сульфидный расплав, благодаря большему весу опускается и концентрируется в придонных частях интрузивов и кристаллизуется после кристаллизации силикатного расплава. Подъём никеленосной магмы совершается по глубинным разломам, глубоко проникающим в мантию, которые и определяют геологическую позицию рудных районов и полей медно-никелевых месторождений. Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с лополитоподобными или плитообразными массивами расслоенных габброидов, приуроченных к зонам глубинных разломов на древних щитах и платформах.
Форма рудных тел наиболее крупных месторождений пластообразная (Фруд-Стоби, Томпсон и др. в Канаде; Норильск 1, Талнахское и Октябрьское в СНГ; Камбалда в Австралии и др.), часто совпадающая с направлением расслоенности интрузивных массивов. Многие месторождения (Мончегорское, Каула в СНГ; Линн-Лейк в Канаде; Пилансберг в ЮАР; ряд месторождений Австралии) имеют жильную, столбообразную или более сложную форму рудных тел, определяемую разрывными нарушениями.
Характерной особенностью медно-никелевых месторождений всего мира является выдержанный минеральный состав руд: пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит; кроме них в рудах встречаются пирит, кубанит, полидимит, никелин, миллерит, виоларит, минералы группы платины, изредка хромит, арсениды никеля и кобальта, галенит, сфалерит, борнит, макинавит, валлерит, графит, самородное золото.
Руды комплексные. В них содержится (%): Ni 0.6-5, Cu 0.2-6, Co 0.01-0.1, металлы группы платины. Отношение Ni:Cu= 1,5-2,5:1, но может быть и иным. Отношение Co:Ni=1:20-1:40. Бедные руды (Ni до 1,5 % — в основном вкрапленные руды) обогащаются. Богатые руды (Ni более 1,5 %) могут идти в плавку без обогащения. Из медно-никелевых руд извлекают медь, никель, кобальт, металлы группы платины, золото, серебро, серу, селен, теллур.
2. Тип второй. Силикатные никелевые руды кор выветривания.
Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд повсеместно связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентенитов. при выветривании происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных элементов, с помощью воды из верхних частей коры в нижние. Там эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
В месторождениях этого типа заключены запасы никеля в 3 раза превышающие его запасы в сульфидных рудах, а запасы некоторых месторождений достигают 1 млн т. и более никеля. Крупные запасы силикатных руд сосредоточены на Новой Каледонии, Филиппинах, Индонезии, Австралии и др. странах. Среднее содержание в них никеля равно 1.1-2 %. Кроме того в рудах часто содержится кобальт.
Выделяют:
а. Месторождения площадной коры (Кемпирсайское, Сахаринское, Серовское месторождения).
Месторождения Кемпирсайской группы представляют собой сохранившиеся остаточные покровы коры выветривания на дунитах, перидотитах, пироксенитах и их серпентинизированных разностях. Площадь никеленосных участков достигает нескольких квадратных километров. Контуры рудных тел с кондиционным содержанием металла определяются опробованием и густотой разведочной сети. Мощность рудных тел — 30 м (средняя 6 м). В общем случае профиль никеленосной площадной коры расчленяется на зоны: охры, нонтрониты, выщелочные змеевики, карбонатизированные змеевики, малоизмененные материнские породы — змеевики. Рудой является зона нонтронитов, нижняя часть зоны охр и верхняя часть зоны выщелочных змеевиков. Месторождения отрабатываются открытым способом. Мощность вскрышных пород 0-40 м.
б. Месторождения линейно-площадной коры (Рогожинское, Черемшанское месторождения, Средний Урал).
Промышленные никелевые руды представлены охрами, нонтронитами, нонтронизированными и выщелоченными серпентитами. По вещественному составу и технологическим свойствам выделяются два типа руд: железистый, с повышенным содержанием кобальта; магнезиальный, с повышенным содержанием никеля. Для месторождений характерны две зоны оруденения. Верхняя зона представлена никеленосными латеритами и участками окремнения с содержанием до 60-70 % оксида железа и 1-2 % никеля. Нижняя зона сложена богатыми гарниерит-серпентитовыми рудами, которые залегают под площадной никеленосной корой выветривания. Рудные тела крайне изменчивой мощности прослеживаются на глубину 150 м и по простиранию на сотни метров. Наиболее богатые рудные интервалы приурочены к верхним частям серпентитовых руд. Содержание никеля составляет 10-16 %, с глубиной снижается до 2 %., кобальта — 0.01-0.03 %, а окиси магния — 20-30 %. Гарниерит-серпентитовые руды являются объектом добычи с момента открытия никелевых руд в Новой Каледонии (1875 г.) и до настоящего времени.
в. Месторождения линейного типа (Липовское, Елизаветинское месторождения, Средний Урал).
Приурочены к тектоническим зонам дробления, вдоль которых кора выветривания проникает на значительную глубину. Ширина рудоносных зон неодинаковая, редко достигает нескольких
десятков метров. Иногда встречаются ряд параллельных полос, сливающихся в верхней части коры. Чаще всего рудные тела имеют крутое падение и прослеживаются на глубину 25-60 м. Основные носители никелевого оруденения в этом типе — гарниерит и гидросиликаты магния, хризотил и хризопраз.
Трещинные месторождения по содержанию никеля более богаты, чем месторождения площадной коры.
г. Месторождения со сложной морфологией рудных тел.
Среди этих месторождений выделяются месторождения «открытого» и «закрытого» карста. Руды приурочены к контакту никеленосных пород с карбонатными. В связи с этим площади месторождения вытянуты вдоль линии контактов. Рудные тела прослеживаются вдоль контакта на 100—350 м, а по падению на 10-200 м. Карстовые полости выполняются разложенным серпентитом, известняком, тальком, хлоритом, глинами и др. Материал не сортирован и имеет слабовыраженную грубую слоистость. Основные носителем никелевого оруденения — гарниериты и другие никелевые силикаты и галлуазиты.
Рудные тела на всех никелевых месторождениях выветривания не имеют четких границ. Их контуры определяются по данным химических анализов. Никелевые руды комплексные. Полезными компонентами являются: никель, кобальт, железо (только из руд, перерабатываемых в ферроникель).
По технологическим свойствам среди силикатных никелевых руд выделяют следующие сорта: железистый, кремнистый, магнезиальный и глинозёмистый. Также выделяют промежуточные железисто-магнезиальные, кремнисто-глинозёмистые, железисто-кремнистый и др. сорта.
Технология переработки никелевых руд[править | править код]
Богатые сульфидные медно-никелевые руды с содержанием никеля более 1 % при отношении никеля к меди не менее 1:1 и с пониженным (менее 25 %) содержанием железа направляются непосредственно в плавку. При содержании железа более 25 % и серы более 20 % богатые руды перед плавкой флотируют для разделения на медный и никелевый концентраты и вывода пирротина в отдельный продукт.
Рядовые медно-никелевые руды с содержанием никеля менее 1 % обогащаются; при этом получают коллективный медно-никелевый или селективные никелевый и медный концентраты. Содержащийся в медно-никелевых рудах кобальт в процессе обогащения накапливается в медно-никелевом, медном и никелевом концентратах. Вредными примесями сульфидных медно-никелевых руд являются цинк, свинец и мышьяк; их предельные содержания устанавливаются техническими условиями.
Силикатные никелевые руды по комплексу рудообразующих минералов разделяются на два технологических типа: железистые (охристые, лептохлоритовые, гематитовые) и магнезиальные (серпентиниты с никелевыми силикатами). Все силикатные руды подвергаются непосредственному металлургическому переделу: железистые — гидрометаллургическим (при содержании магния менее 3 %) или пирометаллургическим методами, магнезиальные — только пирометаллургическим. К вредным примесям в силикатных никелевых рудах относят медь и хром, а при плавке на ферроникель — и фосфор. Предельные содержания этих компонентов определяются техническими условиями. Окисленные и смешанные руды обогащаются значительно хуже, чем сульфидные, особенно содержащие медь в силикатной форме. Цинк в оксидной форме в товарные концентраты практически не извлекается.
Окисленные и смешанные руды перерабатываются либо по сложным комбинированным схемам, включающим сульфидизацию окисленных минералов и флотацию получаемого материала, либо гидрометаллургическим способом — путём химического выщелачивания металлов и последующего их осаждения.
Все медные, свинцово-цинковые и медно-никелевые руды являются комплексными (см. Типы руд). При переработке их обычно получают товарные медные, свинцовые, цинковые и никелевые концентраты, часто также серные (пиритные), молибденовые, баритовые и магнетитовые, иногда промпродукты, содержащие благородные и другие металлы. В товарных концентратах разных марок, выделяемых по содержанию основных компонентов, лимитируется и содержание примесей.
Использование[править | править код]
Основная часть добываемого никеля (87 %) идет на производство жаропрочных, конструкционных,
инструментальных, нержавеющих сталей и сплавов; относительно небольшая часть никеля расходуется на производство никелевого и медно-никелевого проката, для изготовления проволоки, лент, разнообразной аппаратуры для химической и пищевой промышленности, а также в реактивной авиации, ракетостроении, в производстве оборудования для атомных электростанций, для изготовления приборов радиолокации. Сплавы никеля с медью, цинком, алюминием (латунь, нейзильбер, мельхиор, бронза), сплав никеля и хрома (нихром) и монельметалл (75 % меди и 25 % никеля) широко используются машиностроительной промышленностью. Сплав инконель применяется в ракетостроении; элинвар сохраняет постоянную упругость при различных температурах; платинит заменяет дорогую платину; пермаллой обладает магнитной проницаемостью. Пермаллойные сердечники есть в любом телефонном аппарате. Десятая часть никеля, производимого в мире, идет на изготовление катализаторов в нефтехимическом производстве.
Основные поставщики никелевых руд[править | править код]
По оценке ВНИИЗГ общие запасы никеля в промышленно развитых и развивающихся странах на начало 1998 г. составляли 77.4 млн т., в том числе подтвержденные запасы 45,5 млн т. Основные запасы сосредоточены в Новой Каледонии, Канаде, Австралийском союзе, на Филиппинах, в Индонезии, Бразилии, Гватемале, Греции. Япония и страны Западной Европы (за исключением Норвегии) собственными ресурсами никеля не располагают. Незначительные запасы никеля и в США — 140 тыс. т. Ежегодная добыча никеля промышленно развитых и развивающихся странах составляет около 600 тыс. т., в том числе: в Канаде — 262, Новой Каледонии — до 135, Австралийском союзе — 85, на Филиппинах — 40, в Индонезии — 25, ЮАР — 22, США — 15, Доминиканской Республике — 27. Главные страны по добыче и производству никеля: Канада, Новая Каледония и Австралийский союз, а основные потребители: Япония, США и страны Западной Европы. В связи с этим Япония, США и Германия интенсивно занимаются решением проблемы добычи и переработки железомарганцевых конкреций Мирового океана с целью получения из них и никеля. Дальнейший рост производства никеля предусматривается в основном за счет силикатных руд никеля и вовлечения в эксплуатацию сульфидных месторождений с крупными запасами, хотя и бедными рудами. В объёме внешнеторгового оборота никель занимает одно из ведущих мест среди цветных металлов.
Уникальные месторождения содержат более 500 тыс. т никеля, крупные — 500—250 тыс. т., средние — 250—100 тыс. т., мелкие — до 100 тыс. т.
Литература[править | править код]
- Рудные месторождения СССР / Под ред. А. Б. Васильева. — М.: Недра, 1978. — Т. 2. — С. 5-76.
Ссылки[править | править код]
- Никель, химический элемент // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Распространение Никеля в природе
- Никель Урала
- Никель Карелии, «Карелнедра» (недоступная ссылка)
- Никель Среднего Побужья
- Чернякова Наталья ЗАПАС ПРОЧНОСТИ?.// Рынок ценных бумаг (Москва).- 23.12.2002.- 024.- C.40-45 (недоступная ссылка)
Источник
Нельзя представить жизнь человека без металлических предметов – техника, посуда, здания, все это изготовлено благодаря постоянному производству. Но где этот процесс берет свое начало? Изначально, для получения сырья, используются минеральные руды, которые добываются в карьерах и шахтах.
Руда – это минеральные ресурсы, которые имеют в составе большое количество металлов. Из нее выплавляют сплавы, которые в дальнейшем используются в производстве. Внешним видом они напоминают камни, на которых есть блестящие вкрапления. Некоторые люди даже не догадываются, как выглядит стальная ложка, прежде чем она попадает в плавильные печи для переработки руды. Полезные ископаемые залегают глубоко под землей, поэтому их добывают шахтным и карьерным способом.
Какие существуют виды рудных ископаемых
В мире насчитывается более 200 категорий металлической руды, по типу превалирующего компонента, но ученые выделили обширную классификацию. Она меньше, поэтому пользоваться ей намного удобнее.
Стандартная классификация видов металлических руд, которая общепринята всеми странами выглядит так:
- Черные
- Цветные
- Драгоценные
- Редкие
Еще есть классификация по насыщенности – богатые и бедные. Она считается по количеству металлической части в руде. В железной – богатые от 50%, бедные от 20%. Цветные металлы добывать намного сложнее, а богатыми породы считаются от 6%. Бедные полезные ископаемые относятся к нерудным, ведь порода может оказаться источником силикатов, кремния или серы.
Цветная металлургия – одна из самых опасных для экологии Земли. Во время производства в воздух выбрасывается огромное количество вредных химических веществ, поэтому такие предприятия располагаются в дали от городов.
Железная руда – основа основ
Железная руда – это горная или вулканическая порода, которая имеет в своем составе большое количество метала, а ее переработка на производстве выгодна. Другими словами, если в камне меньше 20% железа, он не может считаться металлической рудой. Ее используют для выплавки металлов – стали, чугуна, сплавов.
Образуется железная руда тремя путями:
- Магматический;
- Метаморфизм;
- Осадочный.
Первый объясняется тем, что во время извержения вулканов, металлы расплавляются и смешиваются с горными породами, а вследствие текучести магмы, они вырываются на поверхность и застывают. Большинство примесей, которые имеют низкую огнеупорность, выгорают при высоких температурах, поэтому процент содержания железа в таких рудах очень высокий. Магматические полезные ископаемые – самые распространенные в мире, их месторождения находят в окрестностях вулканов, что потухли еще несколько тысячелетий назад.
Метаморфический процесс – это тоже следствие высоких температур. Вещества, которые находятся на большой глубине, подвергаются воздействию давления и нагревания, в результате чего, их кристаллическая структура меняется. Пласты, где залегают рудные полезные ископаемые, выходят на поверхность во время движения тектонических плит. Также, горные образования, под которыми залегают полезные ископаемые, со временем разрушаются, что облегчает добычу ценных материалов.
Главную роль в осадочном процессе образования железной руды играют ветер и вода, вод воздействием которых хрупкая горная порода вымывается, остаются только металлические костяки – железняк. Процентное содержание металла в этой руде самое большое, но, встречается он намного реже.
Подобный механизм осаждения имеет и золото, которое вымывалось из горной породы проточными водами. Этот процесс стал причиной золотой лихорадки в США. Сейчас небольшие страны занимаются подобным способом добычи драгоценного метала.
Добывать руду в промышленных масштабах начали еще до нашей эры. Этот процесс археологи отслеживали очень долго. Изначально, человек научился обрабатывать изначально бронзовую руду, затем железную и драгоценные металлы.
Добыча рудных полезных ископаемых позволила человеку развивать технологии, оружие, строительство и другие сферы.
Современное производство металла из руды
Руда представляет собой камень, в котором большое количество силикатов. Чтобы отсортировать богатые камни и пустую породу, используют электромагнитный сепаратор. Для отделения метала от руды, она дробится на мелкие части и обрабатывается химикатами. Этот процесс называется обогащением.
Очистка руд черных металлов
Есть несколько способов очистить руду – магнитными устройствами, кислотами, вибрационным методом, но сейчас, чаще всего используют флотацию. Для этого используют тяжелые жидкости и суспензии. Сосуд, куда помещается измельченная руда, наполняется раствором, и через него подается большой напор воздуха под давлением, в результате чего, металл с пеной поднимается вверх, а пустая порода осаждается на дно. Для выплавки металла из руды необходимы высокие температуры, в которых сгорают мелкие частички породы.
Это самый простой и быстрый способ обогащения, он не требует большого количества операций, и относительно дешевый. Получившиеся металлические частицы расплавляют в доменных или сталеплавильных печах, делая заготовки для дальнейшего использования в производстве.
Существует и нехимическая очистка – в вибрационных бункерах, где с помощью больших частот колебания, разрушается горная порода, превращаясь в песок она просыпается сквозь сито, а на поверхности остаются частички металла. Но это не всегда помогает полностью отделить породу от железняка, поэтому его комбинируют с химическим методом.
В доменных печах выплавляются чугунные заготовки для производства, чтобы из него получилась сталь, к нему добавляют примеси других сплавов, металлолом.
Обычно, заводы располагают в местах, где залегают полезные ископаемые, чтобы не терять время на перевозку.
Очистка руд цветных металлов
Цветные металлы намного реже встречаются в природе, по сравнению с черными. Их можно разделить на тяжелые (медь, бронза, свинец, никель, цинк, кобальт) и легкие (титан, алюминий, магний).
Один из самых распространенных примеров полезных ископаемых – алюминий. Бокситы и нефелиновые руды, они обрабатываются, в результате чего образуется глинозем – белый порошок, похожий на крахмал. Его химический состав – Al2O3. Чистый алюминий получают методом электролиза, когда под воздействием направленного тока, молекула преобразуется в катионы – Al+ и O-. Они оседают на противоположно заряженных электродах, в результате чего и получается чистый алюминий.
Извлеченный из глинозема металл, заливают в миксер, где происходит его смешивание с другими материалами, для придания ему нужных пластических свойств. Из полученного состава отливают алюминиевые чушки, которые отправляются на различные производства для дальнейшего использования.
Медь выделяется из медносульфидного концентрата, добываемый на рудниках. В его состав входит огромное количество металлов. Для отделения чистого материала, на металлургических предприятиях, используют пиротехнологии, которые предусматривают применение высоких температур. Механизм получения меди не отличается от переработки черной руды – используется метод осаждения – фторирование. В дальнейшем, концентрат отправляется на завод, где и происходит его дальнейшее очищение от примесей. Его переплавляют под воздействием высоких температур, для получения черновой меди.
Более чистый продукт получают путем электролиза.
После этой процедуры остается шлам, который содержит в себе небольшие частицы драгоценных металлов (платина и золото). Этот продукт также перерабатывают, для получения чистого сырья, но их концентрация в отходах незначительная.
Более редкие металлы получают чаще всего химическим и электролитным путем. Они относятся к рудным полезным ископаемым, но их извлечение – сложный процесс. Например, титан. В природе он встречается только в виде химических соединений, черной руде и других горных породах. Материал, в котором содержится титан называется ильменит, в его состав входит и оксид железа, отделить от которого сырье достаточно сложно. Изначально, он отправляется в плавильные печи вместе с углем, где и происходит разделение смеси на чугун и диоксид титана.
Для его разделения проводят хлорирование, в результате чего, получают тетрахлорид титана, это соединение уже не такое прочное, как с кислородом, поэтому из него легко получить чистый метал. Делают это с помощью магния – реакция называется восстановление. В процессе производства получается титановая губка, которая переплавляется на производствах для изготовления деталей самолетов, ракет и других деталей.
Мировые запасы руды
Руда, которая содержит металлы, очень важна для производства и технического прогресса человечества. По подсчетам ученых, на сегодняшний день в Земле содержится около 800 миллиардов тон железной руды. 80% всех залежей содержат бедные руды, в которых небольшое количество металла, а процесс их переработки достаточно трудоемкий.
Насчитывается несколько стран, на территории которых расположены богатые рудники. Например, в Китае – 8% от всего мирового запаса.
Одни из самых богатых стран – Россия (18%), Бразилия (17%), Австралия (14%), Украина (11%). Несмотря на эти цифры, Китай является бесспорным лидером производства черных металлов. Количество цветных металлов гораздо меньше, а их распространение подсчитывают по поясам – это большие бассейны, которые вытянуты на сотни километров.
Алюминиевых рудных ресурсов больше всего в Южной Америке и Австралии. Медные находятся в окрестности Кольдирьеров и Анд, поэтому мировое первенство по добычи этого метала принадлежит Чили. Второй по размерам пояс находится в Африке, на территории Замбии. В основном рудные полезные ископаемые залегают в местах высокой тектонической активности, изучая которые, аналитики проводят поиски новых месторождений. Россия в этом списке стоит на третьем месте.
Карта рудных полезных ископаемых составляется на основе аналитических исследований. Ученые изучают географические и исторические данные местности, оценивают близость к тектоническим разломам. Чаще всего, большие пласты скоплений руды находят в местах вулканической активности, где магма выходила на поверхность, вынося с собой огромное количество расплавленных металлов. При застывании они остались сверху, что облегчает добычу полезных ископаемых.
Добыча металлов иногда вредит экологической системе земли. Например, при закрытии медного карьера в США, его затопило водой, которая смешалась с химикатами, и является опасной для жизни. В окрестностях нет животных, там живут только устойчивые водоросли, которые адаптировались к агрессивной среде.
Рудные и нерудные полезные ископаемые постепенно истощаются, поэтому ученые разрабатывают новые способы получения сырья для производства. Некоторые редкие металлы синтезируют посредством воздействия химических элементов, но их количество уступает карьерному и шахтному способу добычи.
Источник